WO2006043302A1

WO2006043302A1 - 移動体速度測定システム

Info

Publication number: WO2006043302A1
Application number: PCT/JP2004/015353
Authority: WO
Inventors: Toyozo Kato
Original assignee: Nikko Co., Ltd.
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27
Also published as: JPWO2006043302A1; US20080141776A1

Abstract

　特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備える。

Description

移動体速度測定システム

技術分野

[0001] 本発明は、移動体測定システムに係り、低速度の移動体でも高精度に速度を測定可能な移動体測定システムに関する。

背景技術

[0002] 本発明に関する現時点での技術水準をより十分に説明する目的で、本願で引用され或いは特定される特許、特許出願、特許公報、科学論文等の全てを、ここに、参照することでそれらの全ての説明を組入れる。

[0003] 従来、ラジコンの自動車等の玩具の速度計測する速度測定方法は、 2つのセンサを利用したものが一般的である。すなわち、所定の間隔で配置された 2つの光線発生装置と、これらの光線を受信する光センサを配置し、この 2つの光線を自動車が通過して光線同士の距離と光線を自動車が通過した時間差とから自動車通過時の速度を測定する方法である。この方法の場合、光線発生装置 2個を別々に設置すると、光線発生装置間の距離を正確に設定して計測する必要がある。精度は計測精度に依存することとなる。

[0004] また、各光線発生装置と光センサ結ぶ線、すなわち光線が通過する軌跡は互いに平行である必要があり、軌跡の長さも同一長でなければならない。

[0005] さらに、自動車はこの光線の軌跡に対して垂直に通過する必要がある。すなわち、自動車の光線間を通過する距離が異なることになら力である。

[0006] 従って、光線を通過した時間で計測する方法は、精度の向上が難しぐ測定準備に工数が発生し、測定設備等が大掛かりとなるという課題を有していた。

[0007] そこで、特許文献 1のように、ゲート部材に予め移動体の検出手段を組み込んだ発明が提案されている。

[0008] し力しながら、精度の向上が難しぐ測定準備に工数が発生という課題は、解決するものの測定設備等が大掛かりとなる課題が未解決である。さらに測定する自動車の形状や速度によって異なるゲートが必要となる等の課題が生じていた。 [0009] 一方、速度計測装置として広く使用されているものとして、スピードガンが挙げられる。スピードガンは、 SHF帯の電磁波を発信し、移動体からの反射波と発信波とからドップラー効果により移動体の速度を算出するものである。特徴として、移動体の速度が一定速度以上であることが必要となる。例えば移動体の測定可能速度は時速 1 kmZh以上 500kmZh以下等である。ラジコンの自動車のように lkmZh未満では計測が難しい。

[0010] また、移動体との距離も一定距離が必要である。具体的には 6m— 1800mであり、ラジコンの自動車と操作者の距離のような至近距離で計測することは難、。

[0011] さらに、計測対象についても小さい場合は、表面がボールのように一様な面であることが望ましい。従ってラジコンのような小型で表面形状が複雑な場合は誤測が発生し易い。

[0012] その上、スピードガンは、電磁波を放射させて反射させるため、電磁波に一定の出力が必要とされる。また、部品等のコストも必要となる。

[0013] これに対して、特許文献 2のように移動する電波発射源の電波を受信して移動速度を算出する速度測定システムが提案されているが、反射を使用しないため移動体の表面形状に左右される課題については解決されるものである。

[0014] し力しながら、電磁波を使用するため速度や測定距離についての課題には十分な対応されてヽな、ものである。

[0015] 特許文献 1 :特開平 09— 325155号公報

特許文献 2：特開 2000 - 275334号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0016] 本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的とすることは特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号力前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部により、低速度の移動体でも高精度に速度を測定可能とすることにある。

[0017] 他の目的は、特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を用いることで、 lkmZh未満の低速でも速度を容易に測定することが出来る。

[0018] また、前記超音波信号出力部を移動体に搭載したことにより直接波を利用するので出力部の負荷を減少させることにある。

[0019] 更に他の目的は、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部によって至近距離での測定を実施することにある。

[0020] その上、他の目的は、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部によって、速度の測定を精度良く行なうことにある。

[0021] そして他の目的は、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部は正確な速度が算出されることにある。

[0022] また他の目的は、算出した結果を表示する表示部により容易に速度を認識することにある。

[0023] 更に他の目的は、前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを備えることで、低電圧の電池であっても十分に振幅の大きな超音波を発生させることにある。

[0024] その上、他の目的は、前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によつて任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成されることで、同時に複数の移動体が近接して走行しても同時に測定できるようにすることにある。

[0025] そして他の目的は、前記超音波信号受信部は、超音波振動子等からなる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器力の信号を増幅する増幅部とを備える微小な超音波信号も容易に検出可能とすることにある。

[0026] また他の目的は、前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と、前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部とを備えることで、必要な差分信号のみを抽出することにある。

[0027] 更に他の目的は、前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成されるので、送信周波数が変更されても対応が可能とすることにある。

[0028] その上、他の目的は、前記算出部は、ローパスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを備えることにより誤差のない測定が可能とすることにある。

[0029] そして他の目的は、前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを備えることで、容易に速度の測定をすることにある。

[0030] また他の目的は、前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されることで本発明システムを無線制御可能とすることにある。

[0031] 更に他の目的は、前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続されることで、本発明のシステムの超音波発生制御を可能にすることにある。

[0032] その上、他の目的は、前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続されることで、演算結果を無線操縦制御部に伝達することにある。

[0033] そして、他の目的は、前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続されることにより、本システムにおける測定内容を移動体にフィードバック可能とすることにある。

[0034] また他の目的は、前記超音波センサ出力部は、 1以上の特定方向に指向性を有することで、指向性に左右されること無く精度の高、測定を可能とすることにある。

[0035] 更に他の目的は、前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しないことで、指向性に左右されること無く精度の高い測定を可能とすることにある。

[0036] その上、他の目的は、移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示することで、精度の高い測定を可能にすることにある。

[0037] そして、他の目的は、超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具を提供することで無線操縦移動体玩具の正確な速度測定を可能にすることにある。

課題を解決するための手段

[0038] 本発明の主旨の第 1の側面は、特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号から前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備える移動体速度測定システムを提供することにある。

[0039] また、前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを備免るちのである。

[0040] さらに、前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成されるものである。

[0041] その上、前記超音波信号受信部は、超音波振動子等からなる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器からの信号を増幅する増幅部とを備えるものである。 [0042] そして、前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローノスフィルタ部とを備えるものである。

[0043] 加えて、前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成されるものである

[0044] 続いて、前記算出部は、ローノスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを備えるものである。

[0045] また、前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを備えるものである。

[0046] さらに、前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されることを特徴とするものである。

[0047] その上、前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続されるちのである。

[0048] そして、前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続されるものである。

[0049] カロえて、前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続されるものである。

[0050] 続いて、前記超音波センサ出力部は、 1以上の特定方向に指向性を有するものである。また、前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しないものである

[0051] 本発明の主旨の第 2の側面は、移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示する移動体速度測定方法である。

[0052] 本発明の主旨の第 3の側面は、超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具である。

発明の効果

[0053] 本発明は上記のように特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備えたので、低速度の移動体でも高精度に速度を測定可能という効果がある。

[0054] また、本発明に係る超音波ドップラーを利用した速度測定において、超音波の送信と、超音波の受信とを機構として分離したことによりシステム全体としてコンパクトとなり、誤差要因である長さ計測精度や走行位置精度が要求されないため、計測が高精度となった。さらに構成がコンパクトであるため、製造工数や材料の点で安価に実現可能と安価となった。

[0055] また、測定が受信機を送信機に向けるだけと単純な方法で実現できるので、不必要な長さの計測、位置の設定がないため高精度な測定が可能である。

[0056] また、直接波で検出するため、送信機が低出力であり、回路が簡単であり、製造ェ数や部品材料が安価となる。

[0057] さらに超音波を移動体に対して反射させずに、被測定物力信号が出力されているので、被測定物の反射面の形状や大きさに左右されることが無いため測定精度が向上する。

[0058] 特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を設けたので、 1 kmZh未満の低速でも速度を容易に測定することが出来るという効果がある。 [0059] また、前記超音波信号出力部を移動体に搭載したので、直接波を利用するので出力部の負荷を減少させるという効果がある。

[0060] 更に、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部を設けたので、至近距離での測定を実施すると、う効果がある。

[0061] その上、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部を設けたので、速度の測定を精度良く行なうという効果がある。

[0062] そして、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部を設けたので、正確な速度が算出されるという効果がある。

[0063] また、算出した結果を表示する表示部を設けたので、容易に速度を認識すると、う効果がある。

[0064] 更に、前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを設けたので、低電圧の電池であっても十分に振幅の大きな超音波を発生させるという効果がある。

[0065] その上、前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成されたので、同時に複数の移動体が近接して走行しても同時に測定するという効果がある。

[0066] そして、前記超音波信号受信部は、超音波振動子等からなる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器からの信号を増幅する増幅部とを設けたので、微小な超音波信号も容易に検出可能とするという効果がある。

[0067] また、前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と、前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部とを設けたので、必要な差分信号のみを抽出するとヽぅ効果がある。

[0068] 更に、前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成されたので、送信周波数が変更されても対応が可能とするという効果がある。

[0069] その上、前記算出部は、ローパスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを設けたので、誤差のない測定が可能という効果がある。

[0070] そして、前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを設けたので、容易に速度の測定をすると、う効果がある。

[0071] また、前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されたので、本発明システムを無線制御可能とすることができると、う効果がある。

[0072] 更に、前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続されたことで、本発明のシステムの超音波発生制御を可能にするという効果がある。

[0073] その上、前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続されたことで、演算結果を無線操縦制御部に伝達するという効果がある。

[0074] そして、前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続されたので、本システムにおける測定内容を移動体にフィードバック可能とするという効果を有する。

[0075] また、前記超音波センサ出力部は、 1以上の特定方向に指向性を有するようにしたので、指向性に左右されること無く精度の高い測定を可能とするという効果がある。

[0076] 更に、前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しないことで、指向性に左右されること無く精度の高い測定を可能とするという効果がある。

[0077] その上、本発明は、移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示するので、精度の高い測定を可能にするという効果がある。

[0078] そして、本発明は超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具を提供したので、無線操縦移動体玩具の正確な速度測定が可能になるという効果がある。

発明を実施するための最良の形態

[0079] 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

[0080] (第 1の実施の形態）

本発明に係る移動体速度測定システムの概念図を図 1A、 IB, 1Cに示す。図 1A は、本発明に係る移動体速度測定システムにおける移動体の側面図を示す。移動体である自動車玩具 2の上部に本発明に係る移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部 4が自動車玩具 2の屋根部に前方に超音波が放出されるように搭載されている。

[0081] 一方、図 1Bは本発明に係る動体速度測定システムの受信部 6の側面図を示す。受信部 6は前記超音波を受信し速度を算出する本体 8と、本体 8から傾斜して突設される把持部 10の接続部分近傍に受信を開始するトリガー 12が設けられる。

[0082] 図 1Cは、本発明に係る動体速度測定システムの操作板 14の正面図を示す。本体 8の正面には超音波受信部が設けられ、一方正面に対する裏面に操作板 14が設けられる。操作板 14には、計測した速度を表示する速度表示板 16と速度単位を切替るための速度単位切替スィッチ 18等が設けられる。

[0083] さらに、図 1Dと図 1Eとを用いて図 1Dに超音波信号出力部 4のブロックダイヤダラムを示し、図 1Eに受信部 6のブロックダイヤグラムを示す。

[0084] 本発明に係る移動体速度測定システムは、移動体 2と、超音波信号出力部 4と、超音波信号受信部 20と、検出部 22と、算出部 24と、表示部 26とからなり、移動体 2は超音波信号出力部 4を搭載し、超音波信号出力部 4は 38KHzの超音波信号を生成して出力するよう構成される。超音波信号受信部 20は出力された超音波信号を受信するよう構成される。検出部 22は、前記超音波信号受信部 20で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する。算出部 24は検出された差分信号から前記移動体の速度を算出するよう構成される。表示部 26は、算出部と、算出した結果を表示するよう構成される。

[0085] 超音波信号出力部 4は、特定周波数、ここでは 38kHzの信号を発信する送信用発信回路 28と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路 30と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路 32と超音波振動子 34を含む。また 6Vの電源 33が送信用発信回路 28と昇圧回路 30とに接続される。

[0086] 送信用発信回路 28は、水晶発振子を備える回路が望ましい。昇圧回路 30は、昇圧コイルからなる昇圧回路と、スイッチングレギユレータからなる回路、 DC— DCコンバータカもなる回路の、ずれであっても良！、。

[0087] 超音波センサ駆動回路 32は、例えば 2つの論理回路のインバータ素子を並列に接続して超音波発振子 34の電極ごとに接続されて駆動するが、超音波発振子 34の一方の電極はキャパシタ 36を介して超音波センサ駆動回路 32と接続される。キャパシタ 36を介することで、直流成分がカットされ、駆動電圧の 2倍の電圧が超音波発振子 34に印加される。

[0088] 超音波発振子 34は、 BaTiO、 PZT (ピエゾ素子）、 PbTiO等から構成される送信用

3 3

の超音波発振子であって、防滴形と開放型のいずれであっても良ぐ超音波センサ駆動回路 32に駆動されて 38kHzの超音波を送信する。ここで、超音波発振子 34は指向性を有するが移動体の進行方向を向くように配置される。

[0089] 受信部 6は、図 1Eに示すように超音波信号受信部 20と、検出部 22と、算出部 24と

、表示部 26とから構成される。

[0090] 超音波信号受信部 20は、超音波振動子等力もなる受波器 38を含む超音波センサ入力部 40と、受波器 38からの信号を増幅する増幅部 42とから構成される。

[0091] 超音波振動子等力もなる受波器 38は、 BaTiO、 PZT (ピエゾ素子）、 PbTiO等から

3 3 構成される受信用の超音波発振子であって、防滴形と開放型のいずれであっても良く超音波信号を受信して音波に変換するように構成される。

[0092] 増幅部 42は、受波器 38からの信号を増幅して受信信号として出力する機能を備えるものであり、例えばオペアンプを含む増幅回路力構成される。

[0093] 検出部 22は、特定周波数すなわち、 38kHzの信号を基礎発振として発振させる受信用発振回路部 44と 38kHzの信号と前記増幅部 42で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部 46と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部 48とを備える。

[0094] 受信用発振回路部 44は、水晶発振子を備える回路が望ましい。昇圧回路 30は、トランスの巻き数に比例して昇圧させる昇圧回路と、スイッチングレギユレ一タカなる回路、 DC— DCコンバータ力なる回路のいずれであっても良いが、特に発振回路の周波数が本発明の精度に関わるため安定して同一の周波数で発振する回路であることが望ましぐ特に水晶発振子を使用することが好ましい。

[0095] 周波数差分抽出回路部 46は、自動車 2に搭載された超音波信号出力部 4から出力される超音波信号と受信用発振回路部 44の発生させる基本信号を合成させて波の和と差の法則により発生する差分信号を生成するための回路である。これは、自動車 2に搭載された超音波信号出力部 4から出力される超音波信号が、自動車 2の移動によりドップラー効果が生じて周波数が偏移するために本来同一である基本周波数との差が生じるよう構成される。

[0096] ローパスフィルタ部 48は、周波数差分抽出回路部 46で発生した和と差の成分を含む差分信号のうち速度を求めるために必要な差の成分を抽出するために高周波成分である和の信号を減衰させるよう構成される。オペアンプと受動回路力なる回路、スィッチドキャパシタフィルタ、または DSPを含めたデジタルフィルタから構成される

[0097] 算出部 24は、ローノスフィルタ部 48を通過した信号をサンプリングするサンプリング部 50とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部 52と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部 52を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部 54とを備える力これらは何れも図示はされていない。このローパスフィルタ部 48のカットオフ周波数は（41kHz)である。

[0098] サンプリング部 50は、 AD変換回路であり、サンプリングレート 2MHzでローパスフィルタ部 48を通過したアナログ信号をデジタル化して逐次、サンプリング時間毎の周波数値をメモリ 56に蓄積するよう構成される。

[0099] バンドパスフィルタ部 52は、メモリ 56に蓄積された信号をソフトウェアによるフィルタ処理によって、折り返し雑音を含む不要な帯域のノイズを削減するよう構成される。回路構成は FIRフィルタまたは IIRフィルタから構成される。このバンドパスフィルタ部 52 の通過周波数は、（34kHz— 41kHz)である。

[0100] 演算部 54は、音速 voと、受信用発振回路部 44による基本周波数 foと、受信部 6の受信した Δはり移動体の速度 Vを算出するよう構成される。すなわち、あらかじめ音速 voと基本周波数 foをデータとして蓄積するメモリ 56と、演算部 54が蓄積されたメモリ 56から音速 voと基本周波数 foとサンプリング時間毎の周波数値のデータを読出して予め定められた式に入力して演算する演算素素子とから構成され、記憶された各データを用いて算出される構成となる。算出された移動体の速度データは再びメモリ 56の別のアドレスに格納されるよう構成される。なお、速度データはサンプリング毎に確定するように構成することもできる力一定時間の平均値を確定することや、連続して特定回数以上一定範囲内の速度が算出された場合にのみ数値を採用する構成とすることが望ましい。また、速度の測定範囲を予め決めておき、その範囲外の値が算出された場合は、エラー表示となるよう構成されてもよい。さらに、受波器 38が超音波を受信しな、場合にエラー表示となるよう構成しても良、。

[0101] さらに算出部 24は、液晶ドライバ 58と接続され、さらに液晶ドライバ 58は液晶ディスプレイ 60とに接続される。

[0102] 液晶ドライバ 58は、液晶ディスプレイ 60を駆動する LSIであり、 TFT型液晶の場合はゲートドライバとソースドライバとから構成される。

[0103] 液晶ディスプレイ 60は、算出部 24よりメモリ 56に格納されている速度データを受け取り表示する装置であって、液晶ドライバ 58によって駆動されるよう構成される。

[0104] 算出部 24は、速度計測スィッチ 12と、速度単位切替スィッチ 18と、電源回路 62と、電池 64と、電源スィッチ 66と、電圧低下検出回路 68と、リセット回路 70と、 8MHzタリスタル 72とさらに接続される。

[0105] 速度計測スィッチ 12は、受信部 6は前記超音波を受信し速度を算出する本体 8と、本体 8から傾斜して突設される把持部 10の接続部分近傍に受信を開始するトリガーであり、このスィッチ 12は、サンプリング部 50と電源のとの間に設けられサンプリング部 50の起動と停止を制御するよう構成される。

[0106] 速度単位切替スィッチ 18は、 0. lkmZhで表示と 0. ImileZh表示を切換えるスイッチである。すなわち、通常は km/h換算で表示し、このスィッチを切換えた場合は、数値に 0.621371を掛けた値を表示するよう構成される。

[0107] 電源回路 62は、算出部 24と 2種類の導線で接続される。第一の導線 74はオートパヮーオフ制御信号線であり、算出部 24から、信号入力と操作入力のいずれかがなされて一定時間経過した場合に電源を OFFとする信号を送出するための信号線である。

[0108] 第二の導線 76は、電源駆動線である。一方、電源回路 62はさらに電池 64と電源 O NZOFFスィッチ 66と電圧低下検出回路 68とそれぞれ接続される。

[0109] 電池 64は、算出部 24を含む回路の動作用電源でありその電圧は 6Vが好ましい。

また、電源 ONZOFFスィッチ 66は、受信部 6の電源スィッチである。算出部 24でォートパワー OFF回路の電源作動時間のタイマー機能のトリガーの一つがこの電源 O NZOFFスィッチ 66である。このスィッチ 66は、電源回路 62と電池 64との間に設けられる。オートパワーオフは、無操作、無信号状態が連続 15分間継続した場合に電源が遮断されるよう設定されることが望ま、。

[0110] 電圧低下検出回路 68は、算出部 24とも接続されており、電池 64の電圧を定期的に測定し、電池 64の出力電圧が特定の電圧以下となった場合は、その旨を算出部 2 4に電圧値とともに記録する。一方、さらに低い電圧まで低下した場合は、オートパヮ一 OFF信号が生成されて電源回路 62と電源が遮断されるよう構成される。

[0111] リセット回路 70は、算出部 24にリセット信号を送るスィッチである。算出部 24は、リセット信号を受けると総ての設定を初期状態に変更するよう構成される。

[0112] 8MHzクリスタル 72は、算出部 24を動作させるための水晶発振子である。

[0113] 以上の構成において、本発明に係る移動体速度測定方法について、図 5を用いて説明する。

[0114] まず、自動車玩具 2に搭載される送信機 4に設けられた図示されないスィッチの電源が ON状態にされる。送信機 4において、電池 6Vを昇圧回路 30で昇圧させる。昇圧した電圧で超音波センサ駆動回路 32が 38kHz発信回路 28で発振した信号を増幅して、増幅された信号で超音波振動子 34を駆動させて超音波として出力させる (A 2)。

[0115] 次に、受信部 6に設けられたトリガー 12が ON状態にされることで受信部 6が動作を開始する (A4)。

[0116] 走行する自動車玩具 2に受信部 6の受波器 38が向くように配置し、自動車玩具 2に搭載した超音波信号出力部 4の発振する超音波を受波器 38が受信して、電気信号に変換する (A6)。

[0117] 受波器 38が受信した信号を増幅部 42が増幅する (A8)。増幅部 42から出力される周波数 Fiの受信信号と、受信用発振回路部 44の生成する上記周波数 Fo (38kHz) の発振信号とを周波数差分抽出回路部 46とが混合する (A10)。周波数 (Fi+Fo)と周波数 (Fi - Fo)の信号がそれぞれ発生する。

[0118] 混合した信号である、周波数 (Fi + Fo)と周波数 (Fd=Fi— Fo)の信号がローパスフィルタ部 48を通過する（A12)。ローパスフィルタ部 48によって、通過周波数は、略周波数 (Fd = Fi - Fo)の信号となる。

[0119] 続いて、算出部 24内のサンプリング部 50である ADコンバータが 2MHzのクロックでローパスフィルタ部 48を通過した信号を（lObit)でデジタルィ匕して 2進値に変換する (A14)。

[0120] さらに 2進値ィ匕した信号を FIRによるバンドパスフィルタ部 52でさらに、ノイズ等を削減する (A16)。

[0121] バンドパスフィルタ部 52を通過した信号より Fd=Fi— Fo信号の周波数を計測する（ A18)。ここで、連続的同等の Fd値を特定の回数測定できる力否かを検出する。連続して検出できない場合は、測定不能とする。

[0122] 計測された Fdと音速 Vp力移動体の速度 Vを、

[0123] [数 1]

V = 1' d · V p / ( (· 0 + I ' d ) ( 1 )

より算出する (A20)。

[0124] 算出された速度は、液晶ドライバ 58を経由して液晶ディスプレイ 60に表示される（ A22)。測定不能である場合は、エラーと液晶ディスプレイ 60に表示する。

[0125] (第 2の実施の形態）

本発明の第 2の実施の形態に係る移動体速度測定システムの概念図を図 2A、 2B に示す。図 2Aと図 2Bとを用いて図 2Aに超音波信号出力部 4のブロックダイヤグラムを示し、図 2Bに受信部 6のブロックダイヤグラムを示す。

[0126] 本発明の第 1の実施の形態と異なる点についてのみ示す。本発明の第 2の実施の形態に係る移動体速度測定システムは、超音波信号出力部 4において、電池 33と超音波センサ駆動回路 32との間に複数の発振回路 28、 27を設ける。これらの複数の発振回路 28、 27と電池 33および超音波センサ駆動回路 32との間には連動する切替スィッチ 29、 31が設けられる。

[0127] 同様に受信部 6においても周波数差分抽出回路部 46にも複数の発振回路 44、 45 が設けられ、その間に切替スィッチ 49が設けられる。

[0128] このスィッチ 49は、切替スィッチ 29、 31の切替に沿って変更する。この切替スイツチ 29、 31、 49は、手動スィッチ、リレースィッチ、電子スィッチまたは、単に水晶発振子の差し替えその他の切替スィッチの何れの場合をも含むものとする。

[0129] また、発振回路の周波数は、互いに一定周波数以上の差がある周波数を選択する必要がある。すなわち、ドップラー効果による周波数偏移の複数倍以上に異なっていなければ、測定に影響を与えるからである。

[0130] このように発振周波数を複数選択可能とすることで、同時に複数の移動体速度測定システムを使用する場合に同時に隣接する自動車を同時に測定することもできる。

[0131] (第 3の実施の形態）

本発明の第 3の実施の形態に係る移動体速度測定システムの概念図を図 3A、 3B に示す。図 3 Aと図 3Bとを用いて図 3 Aに超音波信号出力部 4のブロックダイヤグラムを示し、図 3Bに受信部 6のブロックダイヤグラムを示す。

[0132] 本発明の第 1の実施の形態と異なる点についてのみ示す。本発明の第 3の実施の形態に係る移動体速度測定システムは、移動体速度測定システムと自動車玩具 2とがー体となった構造力もなるシステムである。

[0133] 図 3Aに示すように移動体速度測定システムの超音波センサ駆動回路 32は、無線操縦玩具すなわちラジコンを制御する制御部 78と接続される。この制御部 78は、ラジコンの制御信号を受信する受信部 80と接続される。受信部 80はこの制御信号で変調された電磁波を受信するアンテナ 82と接続される。一方、制御部 78は、さら〖こ、ラジコンである自動車の車輪を回転させる駆動部 84と接続される。

[0134] 受信部 80は、送信機からの信号を増幅する高周波増幅部と、中間周波数に変換して増幅する中間周波数増幅部と、さらに中間周波数増幅部から中間信号を制御信号に分離する制御信号部とから構成される。

[0135] 制御部 78は、受信部 80の制御信号を受けて、さらに駆動信号と操舵信号とに分離して、駆動部 84に伝達する。

[0136] 駆動部 84は、駆動信号によって電動自動車の場合はモータをコントロールし、操舵信号でラジコンカーのハンドリングを制御する。ここで、制御部に更に機能を付カロすることで、超音波センサ駆動回路 32に駆動停止の信号を伝達することができる。

[0137] さらに、第 2の実施例のように発振回路を選択可能な構成である場合は、送信機で周波数選択信号を送信し、制御部 78が受信した選択信号を超音波センサドライブ回路 32経由で選択スィッチを動作させるように構成させる。

[0138] 一方、図 3Bに示す受信部 6の算出部 24と自動車玩具 2を制御する制御部 86と接続される。制御部 86は、送信部 87を介してアンテナ 88と接続され、さらに制御用のスティック 90と、演算部より受信した情報を記憶するメモリ 92それぞれと接続される。

[0139] 制御部 86は、スティック 90から入力された操作情報である、スティック 90に設けられた抵抗値の変化情報を図示しな、ADコンバータがデジタル信号に変換し、さらにデジタル信号であって無線操縦玩具制御用の信号であるチャンネルデータに変換して送信部 87に伝達する機能と、算出部 24から速度信号を受けて、予め定めた速度より低い場合は、加速信号を発生し、予め定めた速度より高い場合は、減速信号を発生し、それぞれの信号をチャネルデータに変換の上で送信部 87に伝達する構成となる。

[0140] 送信部 87は、制御部 86で生成されたチャンネルデータで変調された高周波信号をアンテナ 88より送信するよう構成される。

[0141] スティック 90は、連動してその出力電圧値が変化するように幾つかのチャンネルに対応して設けられたボリュームと接合されており、スティックの動作角に応じた情報を入力する手段であり、ラジコン等の送信機で一般的に使用される装置である。

[0142] このように構成することで、超音波センサ駆動回路 32が受信した速度情報を自動車玩具にフィードバックすることが可能となる。

[0143] なお、速度情報を一定速度との比較とすることもできる力予め時間毎の速度を定めておき、その速度計画を予めメモリ等に記憶させてその計画にそって速度が遵守されるようにプログラム化しても良、。

[0144] (第 4の実施の形態）

本発明に係る第 4の実施の形態に係る移動体速度測定システムの概念図を図 4に示す。図 4は、本発明に係る移動体速度測定システムにおける移動体の側面図を示す。ここで、超音波信号出力部 4を複数搭載する。図 4では超音波信号出力部 4は、前方用超音波信号出力部 4aと後方用超音波信号出力部 4bが相対して接合されて設けられる。

[0145] 例えば自動車の前方向と全方向とに指向性を備えることで、前方からの測定と後方力の測定がより容易となる。

産業上の利用の可能性

[0146] 本発明によれば、低速で移動するもの、例えば、玩具、人物、ペット等の速度の測定が容易に可能となり、玩具として使用が可能である。さらに、簡易な実験や歩行時の速度測定等、教材や健康器具としての活用もできる。

[0147] 幾つかの好適な実施の形態及び実施例に関連付けして本発明を説明したが、これら実施の形態及び実施例は単に実例を挙げて発明を説明するためのものであって、限定することを意味するものではな、ことが理解できる。本明細書を読んだ後であれば、当業者にとって等価な構成要素や技術による数多くの変更および置換が容易であることが明白であるが、このような変更および置換は、添付の請求項の真の範囲及び精神に該当するものであることは明白である。

図面の簡単な説明

[0148] [図 1A]本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける移動体の側面図である。 [図 IB]本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部の側面図である。

圆 1C]本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける操作板の正面図である。

[図 1D]本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部 4のブロックダイヤグラムである。

[図 1E]本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部 6のブロックダイヤグラムである。

圆 2A]本発明に係る第二の実施例の移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部 4のブロックダイヤグラムである。

[図 2B]本発明に係る第二の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部 6のブロックダイヤグラムである。

圆 3A]本発明に係る第三の実施例の移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部 4のブロックダイヤグラムである。

[図 3B]本発明に係る第三の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部 6のブロックダイヤグラムである。

[図 4]本発明に係る第四の実施例の移動体速度測定システムにおける移動体の側面図である。

[図 5]本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおけるフローチャートである。

Claims

請求の範囲

[1] 特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号力前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備える移動体速度測定システム。

[2] 前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを備える請求項 1記載の移動体速度測定システム。

[3] 前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成される請求項 2記載の移動体速度測定システム。

[4] 前記超音波信号受信部は、超音波振動子等力なる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器力の信号を増幅する増幅部とを備える請求項 1記載の移動体速度測定システム。

[5] 前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と、前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部とを備える請求項 4記載の移動体速度測定システム。

[6] 前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成される請求項 5記載の移動体速度測定システム。

[7] 前記算出部は、ローノスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを備える請求項 5記載の移動体速度測定システム。

[8] 前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを備える請求項 5記載の移動体速度測定システム。

[9] 前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されることを特徴とする請求項 2記載の移動体速度測定システム。

[10] 前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続される請求項 9記載の移動体速度測定システム。

[11] 前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続される請求項 9記載の移動体速度測定システム。

[12] 前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続される請求項 11記載の移動体速度測定システム。

[13] 前記超音波センサ出力部は、 1以上の特定方向に指向性を有する請求項 2記載の移動体速度測定システム。

[14] 前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しない請求項 2記載の移動体速度測定システム。

[15] 移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示する移動体速度測定方法。

[16] 請求項 1に記載の超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、請求項 1に記載の超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具。